Este trabalho teve por objetivo a pesquisa e o desenvolvimento de catalisadores formados por ligas formadoras de hidreto metálico (LaNi4,7Sn0,2Cu0,1, LaNi4,78Al0,22, LaNi4,78Mn0,22 e LaNi4,7Sn0,2Co0,1), com e sem depósitos de metais nobres (Pt, Au, Pd), para uso no ânodo de células a combustível alcalinas. Buscou-se o entendimento do mecanismo da reação de oxidação de boroidreto de sódio em meio alcalino nestes diferentes materiais em diferentes configurações de eletrodos e em diversas concentrações de boroidreto. As ligas foram preparadas pelo método de fusão em forno a arco e os metais nobres foram depositados por troca galvânica. A caracterização físico-composicional foi feita por energia dispersiva de raios X (EDS), análise elementar, difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Já a caracterização eletroquímica foi feita por voltametria cíclica, curvas de capacidade de descarga, curvas de polarização e espectrometria de massas eletroquímica online (OLEMS). Os resultados mostraram que a quantidade de material nobre presente nas ligas foi da ordem de 0,1 a 0,3 % e suas composições e organizações estruturais foram investigadas por EDS, DRX e MET. Os resultados eletroquímicos mostraram que o estado de hidretação da liga base é um fator importante na definição da cinética da reação de oxidação de boroidreto e que a extensão da formação de hidreto é dependente da velocidade do processo de hidrólise dos íons boroidreto, da capacidade da liga em estocar hidrogênio e da cinética de difusão dos átomos de hidrogênio atômico no interior das ligas. A atividade para a reação direta de oxidação de boroidreto foi baixa para as ligas que não continham em suas composições os metais nobres, entretanto a taxa de hidrólise para estes foi menor e a capacidade de armazenamento de hidrogênio foi maior. Os resultados também mostraram, para todas as diferentes composições, que as ligas podem ser carregadas com hidrogênio atômico tanto eletroquimicamente quanto pela exposição à solução de boroidreto. Foi observado que houve contínua hidretação de todas as ligas durante ensaios cronoamperométricos na presença de boroidreto. Esses fenômenos indicaram que a liga LaNi4.7Sn0.2Cu0.1 sem a deposição de metais nobres é a mais indicada para uma futura aplicação em um sistema DBFC/MHB (célula a combustível de boroidreto direto/bateria de hidreto metálico). / This work provides insights into the processes involved in the borohydride oxidation reaction (BOR) and hydrogen oxidation reaction in alkaline media on metal hydride alloys formed by LaNi4.7Sn0.2Cu0.1 and LaNi4.78Al0.22 with and without deposited Pt, Pd and Au, LaNi4,78Mn0,22 and LaNi4,7Sn0,2Co0,1. Measurements of BET, TEM, in situ XRD, DRIFTS, RRDE (gold ring) and OLEMS were made with the aim to characterize all the materials by different methodologies. The present investigation showed that the state of hydriding of LaNi4.7Sn0.2Cu0.1 and LaNi4.78Al0.22 is important in defining the kinetics and outcome of the BOR at these materials. The extent of hydride formation has been shown to depend on the rate of the BH4- hydrolysis, the hydrogen storage capacity of the alloy, and kinetics of H atom diffusion inside the alloy. The activity for the direct BOR is low in both bare metal hydride alloys, but the rate of the BH4- hydrolysis and the hydrogen storage capacity are higher, while the rate of H diffusion is slower in the bare LaNi4.78Al0.22. Results have shown that both the bare and all the noble metal modified alloys can be hydrided either electrochemically or by exposure to BH4- solutions, although for the LaNi4.78Al0.22-based materials the extent of this phenomenon is smaller. A continuous hydriding of all LaNi4.7Sn0.2Cu0.1-based and the bare LaNi4.78Al0.22 alloys are observed in the chronoamperometric BH4- oxidation measurements at low current densities. Addition of Pt on both alloys resulted in an increase of the BH4- hydrolysis, but the H2 formed is rapidly oxidized, confirming the initial predictions for this noble metal. In addition, the rates of the alloy hydriding/de-hydriding were not significantly affected by the presence of Pt, but this was not the case for Pd and Au, for which there was a drastic reduction of the rate of these processes. In the case of gold some increase of the BH4- hydrolysis is observed, although its presence does not change significantly the performances of the bare alloys. It was possible to confirm the formation of BH3OH- for all the samples by RRDE measurements, however for LaNi4.7Sn0.2Cu0.1 the formation of this product was lower compared to the other samples. Results showed that the first step of the electrode process is the hydriding of alloy by the hydrogen formed in the BH4- hydrolysis. The in situ XRD results have shown that the method of charging of the alloy, electrochemical or chemical, leads to different phase predominance and different site occupancies, but both methods lead to almost the same discharge capacity. In the electrolysis process, the α-β phase transition is predominant while in the chemical charging by the exposure to borohydride solution the α-β phase transition is more important. The results have also shown that the alloys with and without Pt lead essentially to the same phenomena, either with respect to the alloy structure and the electrochemical characteristics. All these phenomena point to the bare LaNi4.7Sn0.2Cu0.1 as a more adequate alloy system for applications in DBFC/MHB batteries.

Neste trabalho são apresentados resultados dos estudos da reação de oxidação de hidrogênio puro realizados em eletrodos rotatório em camada ultrafina porosa e na presença de CO em células a combustível utilizando catalisadores formados por Pt dispersas em substratos de óxidos, tais como, Pt/RuO 2 -C, Pt/RhO 2 -C, Pt/WO 3 -C e em Pt/WC-C. As reações foram também estudadas em suporte puro, como, RhO 2 /C e WC/C em diferentes proporções atômicas. Este estudo teve como finalidade estudar as propriedades catalíticas destes materiais visando elucidar os mecanismos da reação de oxidação de hidrogênio (ROH) sobre estes catalisadores dispersos, possibilitando a obtenção de parâmetros cinéticos das reações. Em conjunto com as medidas eletroquímicas, foram realizados estudos sobre as propriedades eletrônicas e estruturais destes catalisadores, o que possibilita relacionar suas propriedades eletrônicas e estruturais com a cinética da HOR. Observou-se que a presença dos óxidos de Ru, Rh e WO 3 favorecem a diminuição do grau de recobrimento da Pt por CO, deixando mais sítios disponíveis a ROH, em consequência do esvaziamento da banda 5d da Pt, o que diminui a retro-doação de elétrons da Pt ao CO, diminuindo a força da ligação Pt-CO. Como observado, essas modificação eletrônicas observadas nos espectros de XANES não induziram a nenhuma mudança perceptível na cinética ou no mecanismo reacional. Para quase todos os catalisadores, a tolerância ao CO pode ser explicada tanto em termos do mecanismo eletrônico como do bifuncional evidenciado pela formação de CO 2 nas medidas de EMS. / This work shows results of studies of the hydrogen oxidation reaction (HOR) pure in rotation in ultra porous layer and in the presence of CO in the fuel cell to the electrocatalysts of Pt alloy dispersed on oxide substrates such Pt/RuO 2 -C, Pt/RhO 2 -C, Pt/WO 3 -C, Pt/WC-C and pure materials, as RhO 2 /C and WC. The study of the catalytic properties of these materials to elucidate the mechanisms of hydrogen oxidation reaction on these dispersed catalysts, allowing the collection of kinetic parameters of reactions. Together with the electrochemical measurements were carried out studies on the structural and electronic properties of these catalysts, which allow relating their structural and electronic properties with the kinetics of the HOR. It was observed that the presence of oxides of Ru, Rh and WO 3 encourage the reduction of the degree of coating of Pt by CO, leaving more sites available to ROH, as a consequence of emptying of the Pt 5d band, which reduces the backdonation of electrons from Pt to CO by reducing the strength of Pt-CO binding. As noted, these changes observed in electronic spectra of XANES not led to any perceptible change in the kinetics or the reaction mechanism. For almost all catalysts, the CO tolerance can be explained in terms of the electronic effect and the bifunctional mechanism evidenced by the formation of CO 2 in the EMS.

A problemática do envenenamento por CO para o catalisador convencional de platina colocado no ânodo de células a combustível tendo uma membrana de troca protônica como eletrólito (PEMFC) tem sido objeto de inúmeros estudos nos últimos anos. Neste trabalho, foram preparados eletrocatalisadores bimetálicos compostos por Pt-M (onde M = Sn, Mo, Co, Fe, Ni e W) dispersos em carbono visando o desenvolvimento de ânodos para células PEMFC mais tolerantes a este contaminante. Estes eletrocatalisadores bimetálicos foram preparados utilizando dois métodos distintos: impregnação/decomposição e redução com ácido fórmico. Alterações na configuração estrutural dos eletrodos de difusão de gás, com a incorporação de uma camada composta por um agente potencialmente filtrante de CO, foram também consideras para o mesmo propósito, sendo que estes materiais estiveram presentes sob a forma M/C (onde M = Mo, Cu, Fe e W). Os materiais produzidos foram caracterizados por energia dispersiva de raios-X (EDX) e difração de raios-X (DRX). As avaliações do desempenho eletroquímico foram feitas através do levantamento sistemático de curvas de polarização de estado estacionário, voltametria cíclica e stripping CO em células a combustível unitárias. Para os materiais bimetálicos considerados, os melhores resultados com relação à tolerância do contaminante da reação de oxidação de hidrogênio (CO) foram obtidos para PtMo/C e PtW/C preparados via ácido fórmico, que gerou materiais com menores tamanhos de partículas. Tais resultados foram associados à ocorrência do conhecido mecanismo bifuncional, em que o CO adsorvido sobre a Pt é removido por oxidação a CO2, com participação de óxidos hidratados do metal não nobre. Nos eletrodos com camadas filtrantes, uma maior tolerância ao CO foi verificada para os eletrodos confeccionados a partir de camadas difusoras compostas por Mo/C e W/C, sendo que tal efeito foi atribuído a uma diminuição da concentração de CO nos canais gasosos do eletrodo causada pela reação química de deslocamento do equilíbrio gás-água. / The CO poisoning problem of the conventional Pt-based anode catalyst of proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) has been subject of several investigations in the last years. In this work, bimetallic Pt-M electrocatalysts particles dispersed on a carbon powder (where, M = Sn, Mo, Co, Fe, Ni and W) were prepared aiming to the development CO-tolerant anodes for PEMFC. These bimetallic electrocatalysts were prepared by two different methodologies: impregnation/decomposition and reduction by formic acid. With the same purpose, changes were also made on the configuration of the gas diffusion electrode, by incorporating a potential CO filtering layer formed by several dispersed M/C materials (where M = Mo, Cu, Fe and W). All produced materials were characterized by energy dispersive (EDX) and X-ray diffraction (XRD) analysis. Evaluations of the electrochemical performance were carried out by steady state single cell polarization measurements, cyclic voltammetry and the CO-stripping technique. Regarding the bimetallic materials, the better CO-tolerance results were obtained for Pt-Mo/C and Pt-W/C prepared by the formic acid method, which generated materials with lower particles sizes. This tolerance was associated to the occurrence of the so-called bifunctional mechanism in which the Pt absorbed CO is removed by oxidation to CO2, with participation of active no-noble metal hydrous oxides. For the electrodes containing the filtering layer, the higher CO-tolerance was seen for Mo/C and W/C, and this was attributed to a lowering of the CO content in the gas channels of the gas diffusion electrode, promoted by the occurrence of the so-called water-gas shift reaction.

A problemática do envenenamento por CO para o catalisador convencional de platina colocado no ânodo de células a combustível tendo uma membrana de troca protônica como eletrólito (PEMFC) tem sido objeto de inúmeros estudos nos últimos anos. Neste trabalho, foram preparados eletrocatalisadores bimetálicos compostos por Pt-M (onde M = Sn, Mo, Co, Fe, Ni e W) dispersos em carbono visando o desenvolvimento de ânodos para células PEMFC mais tolerantes a este contaminante. Estes eletrocatalisadores bimetálicos foram preparados utilizando dois métodos distintos: impregnação/decomposição e redução com ácido fórmico. Alterações na configuração estrutural dos eletrodos de difusão de gás, com a incorporação de uma camada composta por um agente potencialmente filtrante de CO, foram também consideras para o mesmo propósito, sendo que estes materiais estiveram presentes sob a forma M/C (onde M = Mo, Cu, Fe e W). Os materiais produzidos foram caracterizados por energia dispersiva de raios-X (EDX) e difração de raios-X (DRX). As avaliações do desempenho eletroquímico foram feitas através do levantamento sistemático de curvas de polarização de estado estacionário, voltametria cíclica e stripping CO em células a combustível unitárias. Para os materiais bimetálicos considerados, os melhores resultados com relação à tolerância do contaminante da reação de oxidação de hidrogênio (CO) foram obtidos para PtMo/C e PtW/C preparados via ácido fórmico, que gerou materiais com menores tamanhos de partículas. Tais resultados foram associados à ocorrência do conhecido mecanismo bifuncional, em que o CO adsorvido sobre a Pt é removido por oxidação a CO2, com participação de óxidos hidratados do metal não nobre. Nos eletrodos com camadas filtrantes, uma maior tolerância ao CO foi verificada para os eletrodos confeccionados a partir de camadas difusoras compostas por Mo/C e W/C, sendo que tal efeito foi atribuído a uma diminuição da concentração de CO nos canais gasosos do eletrodo causada pela reação química de deslocamento do equilíbrio gás-água. / The CO poisoning problem of the conventional Pt-based anode catalyst of proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) has been subject of several investigations in the last years. In this work, bimetallic Pt-M electrocatalysts particles dispersed on a carbon powder (where, M = Sn, Mo, Co, Fe, Ni and W) were prepared aiming to the development CO-tolerant anodes for PEMFC. These bimetallic electrocatalysts were prepared by two different methodologies: impregnation/decomposition and reduction by formic acid. With the same purpose, changes were also made on the configuration of the gas diffusion electrode, by incorporating a potential CO filtering layer formed by several dispersed M/C materials (where M = Mo, Cu, Fe and W). All produced materials were characterized by energy dispersive (EDX) and X-ray diffraction (XRD) analysis. Evaluations of the electrochemical performance were carried out by steady state single cell polarization measurements, cyclic voltammetry and the CO-stripping technique. Regarding the bimetallic materials, the better CO-tolerance results were obtained for Pt-Mo/C and Pt-W/C prepared by the formic acid method, which generated materials with lower particles sizes. This tolerance was associated to the occurrence of the so-called bifunctional mechanism in which the Pt absorbed CO is removed by oxidation to CO2, with participation of active no-noble metal hydrous oxides. For the electrodes containing the filtering layer, the higher CO-tolerance was seen for Mo/C and W/C, and this was attributed to a lowering of the CO content in the gas channels of the gas diffusion electrode, promoted by the occurrence of the so-called water-gas shift reaction.

Este trabalho teve por objetivo a pesquisa e o desenvolvimento de catalisadores formados por ligas formadoras de hidreto metálico (LaNi4,7Sn0,2Cu0,1, LaNi4,78Al0,22, LaNi4,78Mn0,22 e LaNi4,7Sn0,2Co0,1), com e sem depósitos de metais nobres (Pt, Au, Pd), para uso no ânodo de células a combustível alcalinas. Buscou-se o entendimento do mecanismo da reação de oxidação de boroidreto de sódio em meio alcalino nestes diferentes materiais em diferentes configurações de eletrodos e em diversas concentrações de boroidreto. As ligas foram preparadas pelo método de fusão em forno a arco e os metais nobres foram depositados por troca galvânica. A caracterização físico-composicional foi feita por energia dispersiva de raios X (EDS), análise elementar, difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Já a caracterização eletroquímica foi feita por voltametria cíclica, curvas de capacidade de descarga, curvas de polarização e espectrometria de massas eletroquímica online (OLEMS). Os resultados mostraram que a quantidade de material nobre presente nas ligas foi da ordem de 0,1 a 0,3 % e suas composições e organizações estruturais foram investigadas por EDS, DRX e MET. Os resultados eletroquímicos mostraram que o estado de hidretação da liga base é um fator importante na definição da cinética da reação de oxidação de boroidreto e que a extensão da formação de hidreto é dependente da velocidade do processo de hidrólise dos íons boroidreto, da capacidade da liga em estocar hidrogênio e da cinética de difusão dos átomos de hidrogênio atômico no interior das ligas. A atividade para a reação direta de oxidação de boroidreto foi baixa para as ligas que não continham em suas composições os metais nobres, entretanto a taxa de hidrólise para estes foi menor e a capacidade de armazenamento de hidrogênio foi maior. Os resultados também mostraram, para todas as diferentes composições, que as ligas podem ser carregadas com hidrogênio atômico tanto eletroquimicamente quanto pela exposição à solução de boroidreto. Foi observado que houve contínua hidretação de todas as ligas durante ensaios cronoamperométricos na presença de boroidreto. Esses fenômenos indicaram que a liga LaNi4.7Sn0.2Cu0.1 sem a deposição de metais nobres é a mais indicada para uma futura aplicação em um sistema DBFC/MHB (célula a combustível de boroidreto direto/bateria de hidreto metálico). / This work provides insights into the processes involved in the borohydride oxidation reaction (BOR) and hydrogen oxidation reaction in alkaline media on metal hydride alloys formed by LaNi4.7Sn0.2Cu0.1 and LaNi4.78Al0.22 with and without deposited Pt, Pd and Au, LaNi4,78Mn0,22 and LaNi4,7Sn0,2Co0,1. Measurements of BET, TEM, in situ XRD, DRIFTS, RRDE (gold ring) and OLEMS were made with the aim to characterize all the materials by different methodologies. The present investigation showed that the state of hydriding of LaNi4.7Sn0.2Cu0.1 and LaNi4.78Al0.22 is important in defining the kinetics and outcome of the BOR at these materials. The extent of hydride formation has been shown to depend on the rate of the BH4- hydrolysis, the hydrogen storage capacity of the alloy, and kinetics of H atom diffusion inside the alloy. The activity for the direct BOR is low in both bare metal hydride alloys, but the rate of the BH4- hydrolysis and the hydrogen storage capacity are higher, while the rate of H diffusion is slower in the bare LaNi4.78Al0.22. Results have shown that both the bare and all the noble metal modified alloys can be hydrided either electrochemically or by exposure to BH4- solutions, although for the LaNi4.78Al0.22-based materials the extent of this phenomenon is smaller. A continuous hydriding of all LaNi4.7Sn0.2Cu0.1-based and the bare LaNi4.78Al0.22 alloys are observed in the chronoamperometric BH4- oxidation measurements at low current densities. Addition of Pt on both alloys resulted in an increase of the BH4- hydrolysis, but the H2 formed is rapidly oxidized, confirming the initial predictions for this noble metal. In addition, the rates of the alloy hydriding/de-hydriding were not significantly affected by the presence of Pt, but this was not the case for Pd and Au, for which there was a drastic reduction of the rate of these processes. In the case of gold some increase of the BH4- hydrolysis is observed, although its presence does not change significantly the performances of the bare alloys. It was possible to confirm the formation of BH3OH- for all the samples by RRDE measurements, however for LaNi4.7Sn0.2Cu0.1 the formation of this product was lower compared to the other samples. Results showed that the first step of the electrode process is the hydriding of alloy by the hydrogen formed in the BH4- hydrolysis. The in situ XRD results have shown that the method of charging of the alloy, electrochemical or chemical, leads to different phase predominance and different site occupancies, but both methods lead to almost the same discharge capacity. In the electrolysis process, the α-β phase transition is predominant while in the chemical charging by the exposure to borohydride solution the α-β phase transition is more important. The results have also shown that the alloys with and without Pt lead essentially to the same phenomena, either with respect to the alloy structure and the electrochemical characteristics. All these phenomena point to the bare LaNi4.7Sn0.2Cu0.1 as a more adequate alloy system for applications in DBFC/MHB batteries.

Neste trabalho são apresentados resultados dos estudos da reação de oxidação de hidrogênio puro realizados em eletrodos rotatório em camada ultrafina porosa e na presença de CO em células a combustível utilizando catalisadores formados por Pt dispersas em substratos de óxidos, tais como, Pt/RuO 2 -C, Pt/RhO 2 -C, Pt/WO 3 -C e em Pt/WC-C. As reações foram também estudadas em suporte puro, como, RhO 2 /C e WC/C em diferentes proporções atômicas. Este estudo teve como finalidade estudar as propriedades catalíticas destes materiais visando elucidar os mecanismos da reação de oxidação de hidrogênio (ROH) sobre estes catalisadores dispersos, possibilitando a obtenção de parâmetros cinéticos das reações. Em conjunto com as medidas eletroquímicas, foram realizados estudos sobre as propriedades eletrônicas e estruturais destes catalisadores, o que possibilita relacionar suas propriedades eletrônicas e estruturais com a cinética da HOR. Observou-se que a presença dos óxidos de Ru, Rh e WO 3 favorecem a diminuição do grau de recobrimento da Pt por CO, deixando mais sítios disponíveis a ROH, em consequência do esvaziamento da banda 5d da Pt, o que diminui a retro-doação de elétrons da Pt ao CO, diminuindo a força da ligação Pt-CO. Como observado, essas modificação eletrônicas observadas nos espectros de XANES não induziram a nenhuma mudança perceptível na cinética ou no mecanismo reacional. Para quase todos os catalisadores, a tolerância ao CO pode ser explicada tanto em termos do mecanismo eletrônico como do bifuncional evidenciado pela formação de CO 2 nas medidas de EMS. / This work shows results of studies of the hydrogen oxidation reaction (HOR) pure in rotation in ultra porous layer and in the presence of CO in the fuel cell to the electrocatalysts of Pt alloy dispersed on oxide substrates such Pt/RuO 2 -C, Pt/RhO 2 -C, Pt/WO 3 -C, Pt/WC-C and pure materials, as RhO 2 /C and WC. The study of the catalytic properties of these materials to elucidate the mechanisms of hydrogen oxidation reaction on these dispersed catalysts, allowing the collection of kinetic parameters of reactions. Together with the electrochemical measurements were carried out studies on the structural and electronic properties of these catalysts, which allow relating their structural and electronic properties with the kinetics of the HOR. It was observed that the presence of oxides of Ru, Rh and WO 3 encourage the reduction of the degree of coating of Pt by CO, leaving more sites available to ROH, as a consequence of emptying of the Pt 5d band, which reduces the backdonation of electrons from Pt to CO by reducing the strength of Pt-CO binding. As noted, these changes observed in electronic spectra of XANES not led to any perceptible change in the kinetics or the reaction mechanism. For almost all catalysts, the CO tolerance can be explained in terms of the electronic effect and the bifunctional mechanism evidenced by the formation of CO 2 in the EMS.

O alto custo da produção de hidrogênio puro para ser usado como combustível para uma reação de oxidação de hidrogênio (ROH) em células a combustível faz com que seja atrativo o uso de hidrogênio gerado através da reforma de combustíveis fóssil. Entretanto, o hidrogênio gerado por reforma de outros combustíveis possui contaminantes como CO, que por se adsorver fortemente sobre a superfície do eletrodo de platina, prejudica em muito o processo de oxidação do hidrogênio. Assim o estudo de novos catalisadores mais resistentes a essa contaminação e de outros mecanismos que contribuam para um melhor desempenha de uma célula a combustível do tipo PEMFC, se faz necessário. Esse presente trabalho tem como objetivo o estudo dos catalisadores PtMo/C - 80:20, PtMoO2/C, PtMoO3/C, que foram sintetizados, e PtMoPtRu/C, PtMoPt3Fe/C e PtMoPt3FePtRu/C que foram obtidos através da mistura do PtMo/C - 80:20 sintetizado com os PtRu/C e PtFe/C que são comerciais, através da realização de curvas de polarização no estado estacionário, voltametrias cíclicas e degradação eletroquímica acelerada. Também foi avaliada a eficiência da membrana de Aquivion®, com relação ao cruzamento de subprodutos da degradação dos eletrodos, através de curvas de polarização no estado estacionário, voltametrias cíclicas e variação de temperatura de operação da célula PEMFC. O método usado para a síntese dos eletrocatalisadores se mostrou eficiente na obtenção dos catalisadores, obtendo-se os catalisadores com proporção bem próxima da desejada. Os resultados mostraram uma grande estabilidade química dos catalisadores mistos sendo o PtMoPt3FePtRu/C o mais estável e o PtMoPtRu/C o catalisador mais ativo para uma ROH. Os experimentos com a membrana de Aquivion® mostraram que essa é capaz de diminuir o cruzamento de subprodutos da degradação dos eletrodos. / The high cost of pure hydrogen production to be used as fuel for a hydrogen oxidation reaction (HOR) in fuel cells makes it attractive to use hydrogen generated by reforming of fossil fuels. However, the hydrogen generated by reforming other fuels has contaminants such as CO, which adsorb strongly on the surface of the platinum electrode, affect much the hydrogen oxidation process. Thus the study of new catalysts more resistant to such contamination and other mechanisms that contribute to a better performs of a fuel cell of the PEMFC type, it is necessary. This present study aims to study of catalysts PtMo/C - 80:20 PtMoO2/C, PtMoO3/C, which were synthesized and PtMoPtRu/C, PtMoPt3Fe/C and PtMoPt3FePtRu/C which were obtained by mixing the PtMo/C - 80:20 synthesized with PtRu/C and PtFe/C which are commercial, by performing polarization curves at steady state, cyclic voltammetry and electrochemical degradation accelerated. It also evaluated the efficiency of Aquivion® membrane with respect to the cross-products of degradation of the electrodes by means of polarization curves at steady state, cyclic voltammetry and operating temperature range of the cell PEMFC. The method used for the synthesis of electrocatalysts proved efficient in obtaining the catalysts, the catalysts obtaining very near to the desired proportion. The results showed a great chemical stability of the mixed catalyst being PtMoPt3FePtRu/C more stable and PtMoPtRu/C as catalyst more active for HOR. Experiments with Aquivion® membrane have shown that this can reduce the cross-products of degradation of the electrodes.

A performance de células a combustível de membrana de troca polimérica (PEMFC) alimentadas com hidrogênio contaminado com CO foi investigada para ânodos com eletrocatalisadores de PdPt/C e PdPtRu/C em diferentes proporções. Os materiais produzidos foram caracterizados por energia dispersiva de raios-X (EDX) e difração de raios-X (DRX). As propriedades eletrônicas da Pt foram analisadas por espectroscopia de absorção de raios-X (XAS) na região de XANES (X-ray absorption near edge structure). As avaliações do desempenho eletroquímico foram feitas através do levantamento sistemático de curvas de polarização de estado estacionário, voltametria cíclica e stripping de CO em células a combustível unitárias. Também foram feitas medidas de espectrometria eletroquímica diferencial de massas para avaliar o monitoramento de CO2 (massa/carga 44). Foi observada uma pequena diminuição da magnitude da linha branca nos espectros para as ligas PdPt/C e PdPtRu/C quando comparados com Pt/C, sendo que este fenômeno foi atribuído a um aumento de ocupação da banda Pt 5d. Melhores resultados com relação a tolerância ao CO da reação de oxidação de hidrogênio foram obtidos para os catalisadores PdPt/C e PdPtRu/C quando comparados com Pt e Pd puros. Nenhum efeito sinérgico favorável foi observado com a adição de Ru. O monitoramento de CO2 nos experimentos de espectrometria de massas (DEMS), enquanto as células eram alimentadas com H2 + 100 ppm CO, mostrou aumento na quantidade de formação deste produto somente para ânodos contendo PdPtRu/C e nenhuma formação de CO2 do início ao final das variações de potenciais nos casos dos eletrodos contendo PdPt/C. / The performance of proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) fed with CO-contaminated hydrogen was investigated for anodes with PdPt/C and PdPtRu/C electrocatalysts at different ratios. The produced materials were characterized by energy dispersive (EDX) and X-ray diffraction (XRD). The electronics properties of Pt were analyzed by X-ray absorption spectroscopy (XAS) X-ray absorption near edge structure (XANES) in the region. Evaluations of the electrochemical performance were carried out by steady state single cell polarization measurements, cyclic voltammetry and the CO-stripping techniques. Measurements of differential electrochemical mass spectrometry (DEMS) were carried out to evaluate the CO2 (mass 44) formation. A small reduction of the white line magnitude was in the XANES spectro for the PdPt/C and PdPtRu/C alloys when compared with Pt/C. This phenomenon was assigned for the increase of occupation of the Pt 5d band. Higher CO-tolerances were obtained for the PdPt/C and PdPtRu/C catalysts when compared with those for pure Pd/C and Pt/C. No favorable synergistic effect occurred with Ru addition in the electrode performance for the PEMFC fed with H2+100 ppm CO. The CO2 (mass 44) monitoring with DEMS experiments with the cells fed with H2+100 ppm CO showed the formation of this product only to PdPtRu/C, while no CO2 formation could be detected from beginning to end potential in the cases of Pd/C and PdPt/C.

O alto custo da produção de hidrogênio puro para ser usado como combustível para uma reação de oxidação de hidrogênio (ROH) em células a combustível faz com que seja atrativo o uso de hidrogênio gerado através da reforma de combustíveis fóssil. Entretanto, o hidrogênio gerado por reforma de outros combustíveis possui contaminantes como CO, que por se adsorver fortemente sobre a superfície do eletrodo de platina, prejudica em muito o processo de oxidação do hidrogênio. Assim o estudo de novos catalisadores mais resistentes a essa contaminação e de outros mecanismos que contribuam para um melhor desempenha de uma célula a combustível do tipo PEMFC, se faz necessário. Esse presente trabalho tem como objetivo o estudo dos catalisadores PtMo/C - 80:20, PtMoO2/C, PtMoO3/C, que foram sintetizados, e PtMoPtRu/C, PtMoPt3Fe/C e PtMoPt3FePtRu/C que foram obtidos através da mistura do PtMo/C - 80:20 sintetizado com os PtRu/C e PtFe/C que são comerciais, através da realização de curvas de polarização no estado estacionário, voltametrias cíclicas e degradação eletroquímica acelerada. Também foi avaliada a eficiência da membrana de Aquivion®, com relação ao cruzamento de subprodutos da degradação dos eletrodos, através de curvas de polarização no estado estacionário, voltametrias cíclicas e variação de temperatura de operação da célula PEMFC. O método usado para a síntese dos eletrocatalisadores se mostrou eficiente na obtenção dos catalisadores, obtendo-se os catalisadores com proporção bem próxima da desejada. Os resultados mostraram uma grande estabilidade química dos catalisadores mistos sendo o PtMoPt3FePtRu/C o mais estável e o PtMoPtRu/C o catalisador mais ativo para uma ROH. Os experimentos com a membrana de Aquivion® mostraram que essa é capaz de diminuir o cruzamento de subprodutos da degradação dos eletrodos. / The high cost of pure hydrogen production to be used as fuel for a hydrogen oxidation reaction (HOR) in fuel cells makes it attractive to use hydrogen generated by reforming of fossil fuels. However, the hydrogen generated by reforming other fuels has contaminants such as CO, which adsorb strongly on the surface of the platinum electrode, affect much the hydrogen oxidation process. Thus the study of new catalysts more resistant to such contamination and other mechanisms that contribute to a better performs of a fuel cell of the PEMFC type, it is necessary. This present study aims to study of catalysts PtMo/C - 80:20 PtMoO2/C, PtMoO3/C, which were synthesized and PtMoPtRu/C, PtMoPt3Fe/C and PtMoPt3FePtRu/C which were obtained by mixing the PtMo/C - 80:20 synthesized with PtRu/C and PtFe/C which are commercial, by performing polarization curves at steady state, cyclic voltammetry and electrochemical degradation accelerated. It also evaluated the efficiency of Aquivion® membrane with respect to the cross-products of degradation of the electrodes by means of polarization curves at steady state, cyclic voltammetry and operating temperature range of the cell PEMFC. The method used for the synthesis of electrocatalysts proved efficient in obtaining the catalysts, the catalysts obtaining very near to the desired proportion. The results showed a great chemical stability of the mixed catalyst being PtMoPt3FePtRu/C more stable and PtMoPtRu/C as catalyst more active for HOR. Experiments with Aquivion® membrane have shown that this can reduce the cross-products of degradation of the electrodes.

A performance de células a combustível de membrana de troca polimérica (PEMFC) alimentadas com hidrogênio contaminado com CO foi investigada para ânodos com eletrocatalisadores de PdPt/C e PdPtRu/C em diferentes proporções. Os materiais produzidos foram caracterizados por energia dispersiva de raios-X (EDX) e difração de raios-X (DRX). As propriedades eletrônicas da Pt foram analisadas por espectroscopia de absorção de raios-X (XAS) na região de XANES (X-ray absorption near edge structure). As avaliações do desempenho eletroquímico foram feitas através do levantamento sistemático de curvas de polarização de estado estacionário, voltametria cíclica e stripping de CO em células a combustível unitárias. Também foram feitas medidas de espectrometria eletroquímica diferencial de massas para avaliar o monitoramento de CO2 (massa/carga 44). Foi observada uma pequena diminuição da magnitude da linha branca nos espectros para as ligas PdPt/C e PdPtRu/C quando comparados com Pt/C, sendo que este fenômeno foi atribuído a um aumento de ocupação da banda Pt 5d. Melhores resultados com relação a tolerância ao CO da reação de oxidação de hidrogênio foram obtidos para os catalisadores PdPt/C e PdPtRu/C quando comparados com Pt e Pd puros. Nenhum efeito sinérgico favorável foi observado com a adição de Ru. O monitoramento de CO2 nos experimentos de espectrometria de massas (DEMS), enquanto as células eram alimentadas com H2 + 100 ppm CO, mostrou aumento na quantidade de formação deste produto somente para ânodos contendo PdPtRu/C e nenhuma formação de CO2 do início ao final das variações de potenciais nos casos dos eletrodos contendo PdPt/C. / The performance of proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) fed with CO-contaminated hydrogen was investigated for anodes with PdPt/C and PdPtRu/C electrocatalysts at different ratios. The produced materials were characterized by energy dispersive (EDX) and X-ray diffraction (XRD). The electronics properties of Pt were analyzed by X-ray absorption spectroscopy (XAS) X-ray absorption near edge structure (XANES) in the region. Evaluations of the electrochemical performance were carried out by steady state single cell polarization measurements, cyclic voltammetry and the CO-stripping techniques. Measurements of differential electrochemical mass spectrometry (DEMS) were carried out to evaluate the CO2 (mass 44) formation. A small reduction of the white line magnitude was in the XANES spectro for the PdPt/C and PdPtRu/C alloys when compared with Pt/C. This phenomenon was assigned for the increase of occupation of the Pt 5d band. Higher CO-tolerances were obtained for the PdPt/C and PdPtRu/C catalysts when compared with those for pure Pd/C and Pt/C. No favorable synergistic effect occurred with Ru addition in the electrode performance for the PEMFC fed with H2+100 ppm CO. The CO2 (mass 44) monitoring with DEMS experiments with the cells fed with H2+100 ppm CO showed the formation of this product only to PdPtRu/C, while no CO2 formation could be detected from beginning to end potential in the cases of Pd/C and PdPt/C.